针对红外相机与可见光相机联合标定的问题, 利用不同物体红外辐出度的差异, 设计了可同时应用于红外相机与可见光相机标定的平面靶标。利用“最大稳定极值区域”(MSER)算法, 检测靶标的镂空深色区域。为克服图像可能存在较大畸变的问题, 通过相邻最大稳定极值区域质心的位置关系预估角点所在位置, 在预估位置内进行角点检测, 提取用于标定的亚像素角点位置。结果表明: 新型靶标及相应的角点提取方法能够同时满足于红外相机与可见光相机内外参数标定的需要。通过红外与可见光“双双目”立体视觉系统的融合重构效果可看出, 提供的标定数据能够满足系统需求。

针对函数约束算法中传统的智能算法反演时存在鲁棒性差和易陷入局部最优的缺点, 提出了将正则化理论与细菌觅食优化算法相结合应用在颗粒粒度的测量中。引入Tikhonov平滑泛函来构建算法的目标函数, 采用L曲线法确定正则化参数; 再利用细菌觅食优化算法通过趋向、聚群、复制和迁徙等四种智能行为, 迭代计算来搜寻函数的最优解。实验仿真结果表明: 利用细菌觅食优化算法实现了在不同程度的随机噪声下的服从J-SB分布的单峰分布的均匀球形颗粒粒度分布反演, 其反演结果更稳定, 反演精度高, 对于实现稳定、快速、准确的颗粒粒度在线测量具有重要的意义。

大口径干涉成像光谱仪通过视场扫描和数据重组获取目标的干涉序列, 理想情况下帧间视场移动量为1个像素。若扫描速度偏快或偏慢, 按照正常重组算法得到的干涉序列不是源自同一目标, 导致图像和光谱出现误差。根据像点在数据立方体中的移动规律, 提出了像点轨迹追踪法进行校正, 按照轨迹坐标对数据进行重采样获得同一目标的干涉序列信号并校正横向尺寸变形。并利用干涉立方体的投影图像对运动误差校正效果进行评估。

传统彩虹测量技术标定复杂、精度可重复性差且难以适应密闭空间。一种基于多彩虹谱线自标定方法, 可省去原有的标定系统装置, 将标定过程内化于对彩虹信号的处理, 以水为例的测量偏差仅为0.13%。将该技术应用于混合喷雾液滴组分浓度测量中, 探究并优化了参与混合的两种液体组分的方案。实验采用60%乙醇-水混合喷雾, 原位测量了混合喷雾场多点组分浓度, 测量结果差别可以控制在0.5%以内, 表明该方法技术在相关领域的应用潜力。

在通信系统中波导的设计向着多功能和可调制方向发展。波导基于等离子体金属材料在外磁场作用下设计平面波导。等离子体金属材料在外磁场作用下会产生表面等离子体激元和非互易传播双重功能。从基本的麦克斯韦方程和边界条件出发, 详细推导了模式的色散方程, 并根据模式特征进行了分类。波导具有明显的非互易传播和可调制的特性。

从人眼亮度感知特性出发, 提出了一种人眼感知驱动的成分分解色调映射算法。通过非线性全局亮度校正函数调整整体亮度; 通过引导滤波将图像分解为基本层与细节层, 并在基本层结合人眼感知特性进行动态范围压缩; 对Stevens效应下的细节层进行效果增强, 使映射后的图像细节更加丰富。对比传统算法, 不同场景的实验结果显示, 该算法的主观质量与客观指标均有所提高, 在主观质量上能体现HDR图像高亮度光源照射的场景特点, 细节表现更加清晰, 图像层次感有所提高; 在客观指标上, 信息熵平均提高0.2291, TMQI值平均提高0.0889。

介绍了一种外腔式光纤Fabry-Perot干涉型(EFPI)高温应变传感器, 传感器是在两段切割平整的单模光纤之间熔接一段空心光纤构成。实验证明, 传感器在1000℃以下时能够稳定工作, 腔长变化灵敏度为0.17nm/με, 应变测量灵敏度可达±1με, 线性度高达0.99998。EFPI高温应变传感器结构紧凑, 工艺简洁, 成本低廉, 是一种可靠、优秀的高温应变传感器。

为解决牙科扫描探头小型化问题, 基于结构光三维重建算法, 创新性地设计出一种投影与成像共孔径设置的小型化牙科三维扫描仪探头光学系统。系统采用分视场共孔径技术, 部分视场用于实现投影功能,另一部分视场用于实现成像功能, 投影区域和成像区域存在公共区域。仿真实验给出了在扫描范围为46×35mm2内的系统性能, 借助LightTools软件做了照明分析仿真,证明了系统光路的可行性。

针对深井温度变化小, 提出了一种可用于深井温度测量的高灵敏度光纤温度传感器。两根陶瓷插芯从铝管的两端插入构成外腔式光纤法珀干涉仪(EFPI)结构, 用螺钉固定插芯, 再用高强度的环氧树脂密封该结构, 达到防水防尘效果。金属铝和陶瓷插芯具有不同的热膨胀系数, 温度的变化将引起EFPI腔长变化, 采用高灵敏度光纤白光干涉测量技术, 就可以通过测量EFPI腔长获得被测温度。分别在固定温度和不同温度下, 对腔长为 146.5μm的 EFPI光纤温度传感器进行了连续测量。测量结果表明, 高灵敏度EFPI光纤温度传感器的腔长-温度灵敏度为260nm/℃, 温度测量分辨率为0.002℃。

在非线性自散焦LiNbO3∶Fe晶体中, 实验观察了用激光作光源和用白光作光源两种情况下所产生的调制不稳定性, 并从三个方面对这两种情况进行了比较。实验结果表明: 在两种情况下, 达到稳定状态前, MI现象都会随辐照时间的增加而变得越来越清晰, 并且MI图样都会随着入射光束形状的变化而变化。不同的是, 用白光作光源时, 灯丝长度方向与晶体c轴方向的夹角大于等于45°时出现MI, 而用激光作光源时, 入射光束方向与c轴方向的夹角不大于45°才出现MI。

利用小波变换频谱特性和图像奇异值分解特征, 提出了一种结合人眼对比感知特性的图像水印算法。并通过结合人眼视觉特性, 将置乱的水印以一定的强度嵌入到图像的奇异值矩阵中, 采用其逆过程提取水印, 通过仿真进行了验证。对其实施了压缩、剪切、高斯噪声和中值滤波攻击测试, 与前人提出的8种水印算法的抗攻击性能进行对比分析。结果表明, 在质量因子为20%的较强压缩攻击下, 提取水印的NC值仍能达到0.8359, 含水印图的PSNR和SSIM达到25.0908dB和0.8451, 且比8种水印算法具有更好的鲁棒性。综合表明, 提出的算法有效地解决了水印嵌入过程中鲁棒性、视觉透明性与水印嵌入量之间的平衡问题。

为了快速准确地自动提取和识别海面舰船疑似目标, 为舰船目标精检测提供可信的数据基础, 采用了二值化特征进行舰船目标粗检测, 并根据舰船窄而长的几何特征提出了改进算法, 按照舰船目标不同的方向分别进行模板训练。实验表明, 二值化特征可以有效地提取疑似舰船目标, 并且改进算法可以在提取窗口数相同时, 提高查全率, 更利于进一步的精检测。

结构化场景图像的纹理较为单一, 可提取的局部特征较少。在宽基线情况下, 基于图像局部特征的匹配方法很难获取正确匹配, 导致匹配精度降低。为此, 提出了一种以图像局部特征匹配为基础进行配扩展的方法。匹配扩展时, 将图像中线段的两端点作为匹配的基元, 利用线段两端点在不同视点间的共线性和对极约束限定候选匹配的搜索空间, 剔除错误匹配, 进行匹配关系的传播。实验结果表明: 当图像存在一定的尺度和视点变化以及明显的光照变化时, 该方法能够有效地增加匹配的数目, 为精确的极线几何估计和三维重建奠定了良好的基础。

针对许多评价方法都需要大量有效的训练样本离线学习得到特征提取器的问题, 同时考虑到人脑能自然感知数据的内在低维特征, 这种感知恰以流形方式存在, 提出了一种采用在线流形学习的彩色图像质量评价方法。实验结果表明, 所提出方法在LIVE、CSIQ和TID2008三个数据库的平均Spearman秩相关系数(SROCC)达到0.91。相比于其它方法, 在线流形学习的彩色图像质量评价方法与主观视觉感受吻合度更高。

对Bragg光纤中包层制造误差对导模特性的影响进行了深入的分析和研究, 给出了一般N层波导中模式场标量波动方程求解的传输矩阵方法, 并将其应用在Bragg光纤模式场的分析当中。分别研究了Bragg包层存在折射率误差和厚度误差时对光纤基模模式场的有效折射率、模场半径和芯区功率占比的影响, 并利用统计的方法分析了不同制作误差时导模特性的相对变化。折射率误差在1‰的水平时, 基模有效折射率、模场半径和芯区功率占比的方差水平为1.55×10-4、1.04×10-1和1.79×10-2; 厚度误差在2%的水平时模式场参量的方差水平分别为3.61×10-5、1.84×10-2和2.35×10-3。

在图像配准和图像识别领域中, SIFT算法得到广泛应用。大量的噪声或是复杂的图像往往会导致匹配点的误判, 从而降低了图像匹配效率。提出一个新的比较邻域, 建立了一个新的“十字形”描述符并运用主成分分析法降低描述符计算时间, 利用双向匹配方式来减少伪匹配点, 以节省匹配时间。实验结果表明, 改进SIFT算法能够成功匹配图像, 应用于大型工业刀具的测量, 为大型物体测量提供了一种新的方法。

由于相位敏感光时域反射仪(Φ-OTDR, Phase-sensitive Optical Time Domain Reflectometer)光纤预警系统高灵敏度的特性, 使其对于环境中的声波及瞬时高频噪声也异常敏感, 如何提高信噪比, 使有用信号在众多噪声中显现出来, 实现精确定位, 成为该领域研究的关键问题。分析了Φ-OTDR分布式光纤系统的工作原理, 介绍了分离平均与差分、滑动平均与差分以及小波阈值去噪三种常用的定位算法。利用连续小波变换分析了挖掘信号的功率谱分布随距离传播的变化规律, 并提出了一种利用小波高频分量进行定位的算法方案。实验证明小波高频分量定位算法具有更高的定位精度, 信噪比为9.6033dB。

光纤法布里-珀罗(F-P)传感器反射光谱的对比度直接影响解调精度, 利用模式耦合理论分析了端面倾斜角度对F-P传感器的反射光谱对比度以及信号强度的影响。通过理论和试验证明:随着光纤端面倾斜角度的增大, 反射光谱对比度迅速下降, 当角度达到5°以上时, 反射光谱无法解调。